JP2003068241A

JP2003068241A - 走査型電子線装置

Info

Publication number: JP2003068241A
Application number: JP2001313665A
Authority: JP
Inventors: Akira Yonezawa; 彬米澤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-03-07
Also published as: US6617579B2; US20020088941A1

Abstract

(57)【要約】【課題】レンズ磁界内に設置された試料からの二次電
子を複数の二次電子検出器により検出して試料表面の凹
凸を効果的に観察すること。【解決手段】単極磁界型レンズ４に上電極３ａ及び下
電極３ｂを組み込み、レンズの磁界内に試料５を設置す
るようにした走査型電子線装置１０において、試料５及
びこれに対向する下電極３ｂに負の電圧を印加し、上電
極３ａには、ゼロあるいは、正電圧を印加することによ
り、試料５から電子源１側の対物レンズ磁界空間に電子
線照射により試料５から放出される二次電子の螺旋運動
を抑えるための電界を生じさせるようにした。二次電子
を、分割型のＭＣＰあるいは、光軸をはさんで設置され
た複数のシンチレーター型二次電子検出器により検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームによっ
て試料を走査することによって試料から生じた二次電子
を複数の二次電子検出器を用いて検出し、各検出器から
の信号を演算処理して試料の観察を行うようにした走査
型電子線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、微細化電子デバイスの形状検査
や観察のために、走査電子顕微鏡装置等の各種の電子線
装置が従来から用いられてきており、特に、近年におけ
る電子デバイスの超微細化に伴って、試料の立体感を把
握できる高分解能観察の必要性が高まっている。試料表
面の凹凸をＳＥＭ観察するための方法として、試料から
の二次電子と複数の検出器を用いる方法が公知である
（特公昭４０−１７９９９号公報）。

【０００３】この従来の方法は、次の通りである。図１
０に示されるように、先ず、レンズにより細く集束され
た電子線１０１を偏向装置１０３により偏向させて試料
１０２面上を走査し、試料１０２より発生した反射電子
及び二次電子から成る後方散乱電子１０５を、試料法線
に対してほぼ対称に配置された検出器１０４ａ、１０４
ｂにより検出する。図１１（ａ）で示される異種元素
Ａ、Ｂから成る試料に矢印方向から電子線を走査させる
と、検出器１０４ａで検出される信号は（ｂ）のよう
に、また検出器１０４ｂで検出される信号は（ｃ）のよ
うに変化することになる。斜面に対向している検出器１
０４ｂの斜面からの検出信号は、検出器１０４ａの検出
信号より大きくなる。これらの各検出信号の出力の減算
を減算回路１０６により行えば、図１１の（ｄ）に示さ
れるように、凹凸のみに依存する信号が得られる。さら
に積分回路１０７により積分すれば図１１の（ｅ）に示
されるように、試料表面の凹凸にほぼ等しい出力を得る
ことができ、表示装置１０８にて試料表面の凹凸形状を
観察でき、より立体感のある像を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料を
強いレンズ磁界内に設置する対物レンズにおいては、試
料を磁界内に設置しないタイプの通常の対物レンズより
分解能を向上させることができるが、試料からでた二次
電子は、図１０のように検出器の方に向かわず、対物レ
ンズの強い磁場により、多数回光軸周囲に螺旋運動し、
電子源方向に巻き上げられた後、レンズ磁界が無くなっ
た所で四方に発散するため、電子源側に設けた検出器面
において試料から出たときの二次電子の方向性を識別す
ることは難しい。

【０００５】すなわち、試料を強いレンズ磁界内に設置
する方式の従来の単極磁界型対物レンズは例えば特開平
３−１４３２号公報に開示されているように、図１２に
示すような構成となっている。この構成によると、電子
源から出て光軸２０１方向（Ｚ（ｍｍ））から入射した
一次電子線によって試料２０２から生じた二次電子線２
０３は、電子源側に向かい二次電子検出器２０４により
検出される。

【０００６】図１３には、このレンズ内における、二次
電子線軌道のシミュレーション例が示されている（試料
位置をＺ＝−８ｍｍ、単磁極２０５の頂面位置をＺ＝０
とした）。レンズ磁界が大きい範囲（−８ｍｍ≦Ｚ≦〜
０ｍｍ）では、二次電子が光軸（Ｚ）に沿って螺旋運動
し、磁界が無くなる範囲（〜０ｍｍ＜Ｚ）で、四方に発
散している。図１３から、試料上左側に出た二次電子と
右側に出た二次電子とは混じり合い、試料を出た時の方
向性が失われていることが判る。

【０００７】このように、従来の装置では、試料から左
右方向に放出された二次電子が混じり合ってそれらの方
向性を特定するのが難しくなるため、対物レンズ通過後
の二次電子を電子源側に光軸に対称に設けた複数の検出
器により検出し、各検出器からの二次電子信号を演算し
ても、試料の凹凸形状を効果的に観察することが困難で
あるという問題点を有している。

【０００８】本発明の目的は、従来技術における上述の
問題点を解決することができる走査型電子線装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料を強いレ
ンズ磁界内に設置する方式の対物レンズを用いた走査型
電子顕微鏡において、試料から放出される二次電子を複
数の検出器を用いて検出し、検出された信号により試料
の凹凸像を得たり、立体感を強調した高分解能像を得る
ことができるようにするため、対物レンズのレンズ磁極
先端部に電子線を通すことができる電極孔を有する上電
極及び下電極から成る一対の電極を設け、試料及びこれ
に対向する下電極に負の電圧を印加し、これにより電子
源側に設けられた上電極には、ゼロあるいは、正電圧を
印加するなどして、試料から電子源側の対物レンズ磁界
空間に二次電子を加速してその螺旋運動を抑えるための
電界を生じさせるようにしたものである。

【００１０】この構成により、電子線照射により試料か
ら生じた二次電子が下電極の電極孔、及び上電極の電極
孔を通過後、光軸周囲にほぼ対称に設置された複数の二
次電子検出器に方向性を保って入射させることができ
る。この結果、各検出器からの信号に基づく演算処理を
実行することにより、試料の凹凸像を良好に観察するこ
とができ、立体感を強調した高分解能像を得ることがで
きる。

【００１１】請求項１の発明によれば、レンズ磁極先端
部に光軸に沿って一対の電極を組み込むようにした対物
レンズの磁界内に試料を設置するようにした走査型電子
線装置において、試料及びこれに対向する一方の電極に
負の電圧を印加し、他方の電極には、ゼロあるいは、正
電圧を印加することにより、前記試料から電子源側の対
物レンズ磁界空間に電子線照射により前記試料から放出
される二次電子の螺旋運動を抑えるための電界を生じさ
せるようにしたことを特徴とする走査型電子線装置が提
案される。

【００１２】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、前記一方及び他方の電極に前記二次電子を通
過させるための電極孔がそれぞれ設けられており、これ
らの電極孔を通過した二次電子を前記光軸周囲にほぼ対
称に設置された複数の二次電子検出器により検出するよ
うにした走査型電子線装置が提案される。

【００１３】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、前記一方及び他方の電極に前記二次電子を通
過させるための電極孔がそれぞれ設けられており、これ
らの電極孔を通過した二次電子を反射板に入射させ、該
反射板から生じた電子を、前記光軸周囲に設置された複
数の二次電子検出器により検出するようにした走査型電
子線装置が提案される。

【００１４】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
において、前記反射板に仕切板を有するようにした走査
型電子線装置が提案される。

【００１５】請求項５の発明によれば、請求項２、３、
４の発明において、前記複数の二次電子検出器からの各
信号に基づく演算によって前記試料の観察像を得るよう
にした走査型電子線装置が提案される。

【００１６】請求項６の発明によれば、請求項１、２、
３、４又は５の発明において、前記試料及び前記他方の
電極に印加される負電圧値がほぼ同じである記載の走査
型電子線装置が提案される。

【００１７】請求項７の発明によれば、請求項１、２、
３、４、５又は６の発明において、前記他方の電極が磁
性体である走査型電子線装置が提案される。

【００１８】請求項８の発明によれば、試料に対向して
電極が設けられた対物レンズを有し、前記対物レンズの
レンズ磁界内に前記試料を設置するようにした走査型電
子線装置において、前記試料に負の電圧を印加し、前記
電極を前記負の電圧よりも高い電位とすることにより前
記試料から電子源側の対物レンズ磁界空間に電子線照射
により前記試料から放出される二次電子の螺旋運動を抑
えるための電界を生じさせるようにしたことを特徴とす
る走査型電子線装置が提案される。

【００１９】請求項９の発明によれば、請求項８の発明
において、前記電極に前記二次電子を通過させるための
電極孔が設けられており、これらの電極孔を通過した二
次電子を前記光軸周囲にほぼ対称に設置された複数の二
次電子検出器により検出するようにした走査型電子線装
置が提案される。

【００２０】請求項１０の発明によれば、請求項８の発
明において、前記電極に前記二次電子を通過させるため
の電極孔が設けられており、これらの電極孔を通過した
二次電子を反射板に入射させ、該反射板から生じた電子
を、前記光軸周囲に設置された複数の二次電子検出器に
より検出するようにした走査型電子線装置が提案され
る。

【００２１】請求１１の発明によれば、請求項１０の発
明において、前記反射板に仕切板を有するようにした走
査型電子線装置が提案される。

【００２２】請求項１２の発明によれば、請求項９、１
０又は１１の発明において、前記複数の二次電子検出器
からの各信号に基づく演算によって前記試料の観察像を
得るようにした走査型電子線装置が提案される。

【００２３】請求項１３の発明によれば、請求項８、
９、１０、１１又は１２の発明において、前記他方の電
極が磁性体である走査型電子線装置が提案される。

【００２４】請求項１４の発明によれば、試料をレンズ
磁界内に設置する方式の対物レンズを用いた走査型電子
線装置において、前記試料に負の電圧を印加し、前記試
料に対向するアース電位の磁極との間で、前記試料から
電子源側の対物レンズ磁場空間に電子線照射により前記
試料から放出される二次電子の螺旋運動を抑えるための
電界を生じさせるようにしたことを特徴とする走査型電
子線装置が提案される。

【００２５】請求項１５の発明によれば、請求項１４の
発明において、前記電子線照射により前記試料から生じ
た二次電子が単磁極孔を通過後、光軸周囲に設置された
複数の二次電子検出器により検出されるようにした走査
型電子線装置が提案される。

【００２６】請求項１６の発明によれば、請求項１４の
発明において、前記電子線照射により前記試料から生じ
た二次電子が単磁極孔を通過後、反射板に入射し、該反
射板から生じた電子が、前記光軸周囲に設置された複数
の二次電子検出器により検出されるようにした走査型電
子線装置が提案される。

【００２７】請求項１７の発明によれば、請求項１６の
発明において、前記反射板に仕切板を有するようにした
走査型電子線装置が提案される。

【００２８】請求項１８の発明によれば、請求項１５、
１６又は１７の発明において、前記複数の二次電子検出
器からの各信号に基づく演算によって前記試料の観察像
を得るようにした走査型電子線装置が提案される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。

【００３０】図１は、本発明による走査型電子線装置の
実施の形態の一例を一部断面して示す構成図である。走
査型電子線装置１０は、微細化電子デバイスの形状検査
や観察のために用いられる装置であり、電子源１からの
電子ビームは加速されて光軸Ｘに沿って試料５に向けて
照射されており、偏向装置２０によって電子ビームを試
料５上で観察のために走査させる構成となっている。偏
向装置２０と試料５との間には、対物レンズとして単極
磁界型レンズ４が設けられており、これにより電子源１
からの電子ビームが細く集束され、試料５上において集
束せしめられている。

【００３１】単極磁界型レンズ４は、磁極４１の上方に
励磁コイル４２を備えて成り、磁極４１は、下端に電子
ビームを通過させるための磁極孔４１Ａａが設けられて
いる先端がややすぼまった円筒状の本体部４１Ａを有
し、本体部４１Ａの上端縁には断面Ｌ字状の張出部４１
Ｂが径方向外側に向かって一体に延設されて成ってい
る。そして、本体部４１Ａと張出部４１Ｂとによって囲
まれる環状空間内に励磁コイル４２が収容されている。

【００３２】この結果、単極磁界型レンズ４の試料５と
対向する先端部の単磁極４ａと張出部４１Ｂの張出端部
４ｂとの間に磁界が形成され、試料５は単磁極４ａから
試料５方向に生じる強いレンズ磁界内に設置されてい
る。

【００３３】以上のように構成されている単極磁界型レ
ンズ４のレンズ磁界の先端部分、すなわち、単磁極４ａ
の近傍には、上下一対の電極が組み込まれている。１つ
は試料５と単磁極４ａとの間に配設された下電極３ｂで
ある。下電極３ｂは試料方向に向かって先細状の円錐台
形状である。下電極３ｂ下端面の中央部には電子ビーム
を通過させるための電極孔３ｃが形成されている。なお
下電極３ｂは、電極孔３ｃを有する円筒形状、あるいは
円板形状でも良い。もう１つは下電極３ｂよりも電子源
１側に配設された上電極３ａである。上電極３ａは漏斗
状である。上電極３ａはほぼ本体部４１Ａ内に収容され
るようにして配設されているが、上電極３ａの下端３ａ
は磁極孔４１Ａａから試料５側に突出しており、単磁極
４ａと下電極３ｂとの間に位置している。

【００３４】以上のように設けられた下電極３ｂと試料
５とには略同一の負の電圧が印加され、上電極３ａには
ゼロ又は正の電圧が印加され、これにより試料５から電
子源１の対物レンズ磁界空間に電界を生じさせている。
この電界は、電子ビームが試料５に照射されることによ
り生じた二次電子が単極磁界型レンズ４内に光軸Ｘに対
して対称となるように配置された一対の二次電子検出器
２ａ、２ｂに向かう際に試料５と単磁極４ａとの間に生
じている磁界により生じる螺旋運動を抑えるように働
く。すなわち、試料５と下電極３ｂとは略同電位である
が、その電極孔３ｃのために上電極３ａに与えたゼロ又
は正の電圧による電界の影響が下電極３ｂと試料５との
間の空間にまで及び、これにより二次電子が電子源１の
方向に加速されるので、対物レンズ磁界空間内における
二次電子の螺旋運動が抑えられる。

【００３５】以上のようにして螺旋運動が抑えられた二
次電子は、上電極孔3aaおよび磁極孔41Aaを通過後、磁
界および電界がほとんどゼロの空間を方向性を保って直
進する。これにより、二次電子は、上電極３ａ頂部の上
側近傍に設けられた、二次電子検出器２ａ又は二次電子
検出器２ｂに到達することができる。このことにより、
図１０及び図１１に基づいて説明した原理に従って試料
５の凹凸を立体的に観察することが可能となる。二次電
子検出器２ａ、２ｂからの検出出力の処理は図１０、図
１１で説明したのと同様であるから、図１ではそれらの
検出出力の処理のための回路構成を示すのを省略する。
二次電子の方向性は、上電極３ａと下電極３ｂとの間の
電位差を適宜に調節して二次電子軌道を調節することに
より制御することができる。なお、上述したように、二
次電子は電極孔3aa通過後ほぼ直進するので、上電極3a
は、二次電子の進路を妨げないような漏斗状に形成され
ている。

【００３６】次に、より具体的な数値に基づいて図１の
構成による作用効果について説明する。

【００３７】励磁コイル４２の起磁力を１０００ＡＴ、
上電極３ａの電位を０Ｖ、下電極３ｂの電位を−０．９
ｋＶ、試料５の電位を−１ｋＶとし、電子源１における
電子銃電圧を−２ｋＶに設定し、試料５に一次電子を入
射エネルギー１ｋＶで入射させるようにした場合につい
て説明する。

【００３８】このようにして一次電子が試料５に照射さ
れると、試料５から生じる二次電子６ａ、６ｂは、単磁
極４ａと試料５との間に既に説明したように生じている
電磁界の作用により加速されて上方に導かれる。ここで
は、下電極３ｂと試料５との間に１００Ｖの電位差があ
るため、試料５及び試料５から電子源１側の空間にこれ
による電界が形成されている。この結果、試料５から放
出される初期エネルギー１０ｅＶの二次電子軌道は、図
２に示されるようになる。

【００３９】二次電子６ａ、６ｂは光軸Ｘの周囲にほぼ
対称に設けられた二次電子検出器２ａ、２ｂにより検出
される。二次電子検出器２ａ、２ｂは例えば、分割型の
マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）で構成すること
ができる。分割型ＭＣＰは、ユニットとしては通常一体
で、二次電子入射面に後続するアノード面が分割されて
いるが、二次電子信号を別々に検出することが可能であ
るので、複数の二次電子検出器２ａ、２ｂとした。ＭＣ
Ｐは軸対称でかつ印加電圧が低いため、一次電子線への
影響が少なく、かつ比較的狭い空間に設置できるので、
図１に示すように、磁極４１Ａ本体内の光軸に比較的近
い位置に用いるのに都合がよい。右方向に放出された二
次電子６ａ、６ａ’は、光軸Ｘと交差した後、二次電子
検出器２ａに向けた軌道を採り、二次電子検出器２ａに
より検出される。また左方向に放出された二次電子６
ｂ、６ｂ’は同様にして二次電子検出器２ｂに向かう軌
道を採るため、二次電子検出器２ｂによって、二次電子
６ａ、６ａ’とは分離して検出される。従って、図１０
で述べられているのと同様の原理で、試料５の表面の凹
凸を強調して、観察することができる。すなわち、二次
電子６ａ、６ａ’からなる信号を用い、二次電子６ｂ、
６ｂ’の信号を用いなければ試料上にて左に向いた斜面
が明るく右に向いた斜面が暗くなり、陰影のついた立体
感のある像が得られる。二次電子６ｂ、６ｂ’の信号と
の差を用いれば、さらに表面の凹凸を強調した立体感の
ある像をえることができる。また、二次電子６ａ、６
ａ’からなる信号と二次電子６ｂ、６ｂ’からなる信号
との和を用いれば、図１２、図１３で示した従来例で得
られると同様な立体感がなく組成が強調された像をえる
ことができる。

【００４０】以上、具体的数値を示して、二次電子６
ａ、６ｂが方向性を保って二次電子検出器２ａ、２ｂに
向けて進むことができるように調整された一例を図２に
示したが、図２に示した二次電子６ａ、６ｂの軌跡は一
例にすぎず、他の態様も可能である。

【００４１】図３には、下電極３ｂの電位を試料５と同
じ負電位−１ｋＶにした場合の、二次電子軌道の様子が
示されている。この例では、光軸Ｘから大きな角度で左
方向に出た二次電子は光軸Ｘと２回ほど交差して、再び
左方向に進み、右方向に出た二次電子は光軸Ｘと２回ほ
ど交差して、再び右方向に進んでおり、方向性が保たれ
ていることが分かる。下電極３ｂの電位と試料５の電位
が同じであるので、図１３に示した従来例のように、試
料５から放出された二次電子は多数回光軸と交差してそ
の方向性が失われる可能性があるが、実際には試料５付
近からその上方に存在する電界の作用を受け方向性が保
たれることになる。

【００４２】図４には、試料５の上方の電界の大きさＥ
（Ｖ／ｍｍ）の様子が示されている。Ｚ＝０ｍｍは、単
磁極４ａ位置、Ｚ＝−８ｍｍは試料５の位置を示す。試
料５の面上の１５Ｖ／ｍｍ程度から、上電極３ａ付近に
最大４００Ｖ／ｍｍ程度の電界が生じている。試料５の
面上に電界が存在するのは、上電極３ａが影響するため
である。図３に示されているように、光軸Ｘ付近の二次
電子は光軸と０．５ｍｍ位の距離で二次電子検出器方向
に向かい二次電子検出器２ａ、２ｂに設けられた一次電
子用の検出器孔２ｃを通過してしまうため検出が難し
い。この場合、下電極３ｂの電位を若干変更すると二次
電子軌道が変化し光軸Ｘ付近の二次電子を分散させるこ
とができる。

【００４３】図５に、下電極３ｂの電位を、−１．０１
ｋＶにしたときの、二次電子軌道を示す。この場合、検
出器孔２ｈを通り抜ける光軸近傍の電子は図３の例に比
べ低減しており、検出効率が向上することになる。

【００４４】なお、以上いずれの場合においても、上電
極３ａに正電圧を印加して、二次電子軌道を調節するこ
とも可能である。下電極を磁極で構成した対物レンズの
場合にも同様に適用できる。

【００４５】図６には、図１に示した下電極３ｂを磁性
体から成る下電極３ｂ’とした場合の構成例を示す。図
６に示す走査型電子線装置１０’のその他の部分は図１
に示した走査型電子線装置１０の対応する各部分と同一
であるので、これらの同一部分には同一の符号を付して
説明を省略する。図６に示した構成の走査型電子線装置
１０’の場合にも、試料５、上電極３ａ、下電極３ｂに
対応する電位を図１の場合と同様にして与えることによ
り、対物レンズ磁界空間に試料５から放出される二次電
子の螺旋運動を抑えるための電界を生じさせるように
し、これにより二次電子に所要の方向性を与えることが
できる。

【００４６】以上述べた例の様に下電極電位と試料電位
を大きく異ならせないようにすれば、レジスト等の非導
電性の試料では帯電が少なく良好な観察ができることが
確認されている。導電性の試料に対しては、試料電位と
対向する電極電位を異ならせれば容易に試料に電界を生
じさせることができ、試料帯電なく観察できる。すなわ
ち、下電極に試料電位よりも高い電位すなわち、値の小
さい負電位、あるいはアース電位、あるいは正電位を印
加した場合には、上電極がなくても試料及び試料上方の
空間に下向きの電界が生じるため、図２と同様二次電子
の方向性が保たれ、表面の凹凸を観察することが可能で
ある。さらに下電極を省いた場合、試料に負電位を印加
して単磁極４ａのアース電位との間で下向きの電界を生
じさせる様にすれば、上記同様二次電子の方向性が保た
れ、表面の凹凸を観察することが可能である。

【００４７】図１及び図６に示した実施の形態において
は、いずれも、二次電子６ａ、６ｂを検出するための二
次電子検出器２ａ、２ｂを、分割型のマイクロチャンネ
ルプレート（ＭＣＰ）として構成した場合について説明
した。しかし、本発明による走査型電子線装置の構成
は、他の型式の二次電子検出器を用いて構成することが
できる。

【００４８】図７は、二次電子検出器として、図１に示
した分割型ＭＣＰの代わりに、通常のシンチレーター型
二次電子検出器を用いた場合の本発明の実施の形態が示
されている。図７の各部のうち、図１の各部に対応する
部分には同一の符号を付してそれらの説明は省略する。
シンチレーター型二次電子検出器２ｃ、２ｄは、単極磁
界型レンズヨーク部を貫通し、光軸をはさんで対向して
設けられている。シンチレーター型検出器は、一般にＭ
ＣＰ検出器より安価で劣化しにくいという利点を備えて
いる。レンズ強度は図１に示した実施の形態の場合と同
一である。

【００４９】図７において、右方向に放出された数ｅＶ
のエネルギーの二次電子６ａ、６ａ’及び左方向に放出
された二次電子６ｂ、６ｂ’は、電極孔３ｂ、３ａ及び
磁極孔４ａを通過した後、１ｋＶに加速され、各々アー
ス電位とされている導電極の一対の略扇形の反射板８
ａ、８ｂに入射する。

【００５０】図７及び図８から判る様に、反射板８ａ、
８ｂは円環状のプレート部材をなすように相互に接続さ
れており、これらの反射板８ａ、８ｂの接合部には、試
料５方向に突出した仕切板８ｃが設けられていると共
に、二次電子検出器２ｃ、２ｄのシンチレーターに印加
された＋１０ｋＶ高電圧電界による非点収差の発生を防
ぐための防電筒９が反射板８ａ、８ｂに取り付けられて
いる。防電筒９は、反射板８ａ、８ｂによって形成され
る円環状プレート部材と同軸となるように設けられてお
り、これにより、電子源１からの電子ビームは反射板８
ａ、８ｂ及び防電筒９に邪魔されずに試料５に到達でき
る構成となっている。

【００５１】図８は、反射板８ａ、８ｂ、仕切板８ｃ、
防電筒９を試料５の方向から見た図である。反射板８ａ
より生じたさらなる二次電子７ａ、７ａ’は、仕切板８
ｃにより主に二次電子検出器２ｃの高電圧電界の作用を
受け加速され、該二次電子検出器２ｃにより検出され
る。反射板８ｂより生じたさらなる二次電子７ｂ、７
ｂ’は、同様にして二次電子検出器２ｄにより検出され
る。従って、図１０を参照して説明したのと同様の原理
で、試料５の表面の凹凸を強調して検察することができ
る。

【００５２】なお、実際には、右方向に出た二次電子６
ａ、６ａ’、及び左方向に出た二次電子６ｂ、６ｂ’は
レンズ磁界の作用を受けて光軸周囲に回転するので、こ
れらの二次電子が反射板に到達したときの位置は必ずし
も図８の８ａ、８ｂに示した位置になるとは限らない。
したがって、二次電子の回転角に応じて二次電子検出器
と仕切板の配置を適宜に設定すれば、右方向に放出され
た二次電子６ａ、６ａ’と左方向に放出された二次電子
６ｂ、６ｂ’を分離して検出できる。すなわち、仕切板
８ｃを、例えば図９に示すように、到達した二次電子の
位置に応じて光軸周りに回転させ二次電子検出器対向面
と傾斜して設置することで、上記右方向と左方向に出た
二次電子の分離検出が可能となり、画像上では左右方向
に陰影が生じる。さらに、陰影方向を画像上で所望の方
向に調整することも可能である。

【００５３】図８、図９では、反射板８ａ、８ｂには仕
切板８ｃを設けた例について説明したが、反射板に仕切
板がない場合でも、陰影のある像がえられる。以下にこ
の理由を説明する。シンチレーター型二次電子検出器２
ｃ及び２ｄには、二次電子を吸引するための＋１０ｋＶ
の高電圧が印加されている。図８から仕切板８ｃを除い
た場合において、２個の検出器のほぼ中央における電界
は、ほぼゼロであり、領域８ａでは、二次電子検出器２
ｃの電界が強く、領域８ｂでは、二次電子検出器２ｄの
電界が強い。従って、反射板から出た数ｅＶの二次電子
は、電界が強い方の二次電子検出器に吸引され、７ａ，
７ｂ等とほぼ同じ軌道をとり検出される。すなわち、反
射板から出た二次電子は、仕切板があるのとほぼ同様
に、左右の二次電子検出器２ａ、２ｂにより検出され、
陰影のある像が得られる。但し、画像上における陰影の
方向は、上述のようにレンズ磁界による回転で一義的に
決まる。すなわち、左右方向でなく、例えば斜め方向に
陰影を生ずる。

【００５４】図７、８、９の説明において、反射板から
生じた二次電子を検出する例について説明したが、試料
５からの二次電子を、反射板を介さずに、シンチレータ
ー型二次電子検出器２ｃ、２ｄで、直接検出することも
可能である。図１４は、試料から出た二次電子６のシミ
ュレーション軌道を示したものである。記号２ｃ、２ｄ
はシンチレーター型二次電子検出器、９は防電筒を示し
ている。上下電極の電位は０Ｖ、試料電位は−２００Ｖ
である。試料から出た数ｅＶの二次電子は、２００Ｖ程
度に加速され、反射板に到達することなく、二次電子検
出器の高電位＋１０ｋＶに吸引され、シンチレーター面
Ａに入射し検出されている。図１４では、光軸の右半分
の二次電子は、左半分の二次電子と同様に検出器２ｄで
検出されるが、図示されていない。また、試料電位が−
１ｋＶ程度であっても、シンチレーター型二次電子検出
器を斜め上方から、シンチレーター面が試料方向に向く
様に設置して、図１で示した様な二次電子軌道で、試料
からの二次電子を検出することも可能である。

【００５５】図７に示した実施の形態では、二個の二次
電子検出器２ｃ、２ｄを用いて二次電子を検出するよう
にした構成を示したが、例えば、４個の二次電子検出器
を用い反射板を仕切板により４個の領域に分割して二次
電子の検出を行う構成としても良い。この構成によれ
ば、左右方向に加え、前後方向の表面の凹凸を観察する
ことができる。また、図７に示した２個の二次電子検出
器は、必ずしも光軸をはさんで対向して設けなくとも良
い。その場合でも、上述の仕切板を適切に配置すること
により、試料表面の凹凸を強調して観察することができ
る。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、試料をレンズ強磁界に
設置する対物レンズにおいて、試料及び試料より電子源
側の空間に電界を生じさせこれにより二次電子の螺旋運
動を抑えることにより、試料から生じた二次電子の方向
性を保ち、この二次電子を電子源側の光軸周囲に設置さ
れた複数の二次電子検出器により区分けして検出するよ
うにしたので、高分解能かつ、表面の凹凸形状を効果的
に観察することができる。また、二次電子の検出を、電
極孔を通過した二次電子を仕切り板を有する反射板に入
射させ、該反射板から生じた電子を、前記光軸をはさん
で対向する複数の二次電子検出器により検出するように
構成すれば、シンチレーター型の二次電子検出器を利用
でき、安価で長期に亘って使用できるので、安価で保守
コストが安く済む走査型電子線装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型電子線装置の実施の形態の
一例を一部断面して示す構成図。

【図２】図１に示した走査型電子線装置における二次電
子軌道の一例を示すグラフ。

【図３】図１に示した走査型電子線装置における二次電
子軌道の別の例を示すグラフ。

【図４】図１における試料の上方の電界の大きさの様子
を示すグラフ。

【図５】図１に示した走査型電子線装置における二次電
子軌道のさらに別の例を示すグラフ。

【図６】本発明による走査型電子線装置の実施の形態の
他の例を一部断面して示す構成図。

【図７】本発明による走査型電子線装置の実施形態の他
の例を示す構成図。

【図８】図７で示した走査型電子線装置における反射
板、仕切板、二次電子検出器を光軸方向から見た図。

【図９】図７で示した走査型電子線装置において、二次
電子検出器対向面に対し傾斜して設置された仕切板を示
す図。

【図１０】従来の走査型電子線装置を説明するための概
略構成図。

【図１１】図１０の走査型電子線装置において検出され
た信号の処理を説明するための図。

【図１２】従来の単極磁界型対物レンズの一例を示す断
面図。

【図１３】図１２に示した単極磁界型対物レンズのレン
ズ内における二次電子線軌道のシミュレーション結果の
一例を示すグラフ。

【図１４】図７に示した走査型電子線装置における二次
電子軌道の一例を示すグラフ。

【符号の説明】

１電子源２ａ、２ｂ二次電子検出器２ｃ、２ｄ二次電子検出器２ｈ検出器孔３ａ上電極３ｂ下電極３ｃ電極孔４単極磁界型レンズ４ａ単磁極５試料６ａ、６ｂ二次電子１０走査型電子線装置２０偏向装置４１磁極４１Ａ本体部４１Ａａ磁極孔４２励磁コイルＸ光軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズ磁極先端部に光軸に沿って一対の
電極を組み込むようにした対物レンズの磁界内に試料を
設置するようにした走査型電子線装置において、試料及びこれに対向する一方の電極に負の電圧を印加
し、他方の電極には、ゼロあるいは、正電圧を印加する
ことにより、前記試料から電子源側の対物レンズ磁界空
間に電子線照射により前記試料から放出される二次電子
の螺旋運動を抑えるための電界を生じさせるようにした
ことを特徴とする走査型電子線装置。
【請求項２】前記一方及び他方の電極に前記二次電子
を通過させるための電極孔がそれぞれ設けられており、
これらの電極孔を通過した二次電子を前記光軸周囲にほ
ぼ対称に設置された複数の二次電子検出器により検出す
るようにした請求項１記載の走査型電子線装置。
【請求項３】前記一方及び他方の電極に前記二次電子
を通過させるための電極孔がそれぞれ設けられており、
これらの電極孔を通過した二次電子を反射板に入射さ
せ、該反射板から生じた電子を、前記光軸周囲に設置さ
れた複数の二次電子検出器により検出するようにした請
求項１記載の走査型電子線装置。
【請求項４】前記反射板が仕切板を有するようにした請
求項３記載の走査型電子線装置
【請求項５】前記複数の二次電子検出器からの各信号
に基づく演算によって前記試料の観察像を得るようにし
た請求項２、３又は４記載の走査型電子線装置。
【請求項６】前記試料及び前記他方の電極に印加され
る負電圧値がほぼ同じである請求項１、２、３、４又は
５記載の走査型電子線装置。
【請求項７】前記他方の電極が磁性体である請求項
１、２、３、４、５又は６記載の走査型電子線装置。
【請求項８】試料に対向して電極が設けられた対物レ
ンズを有し、前記対物レンズのレンズ磁界内に前記試料
を設置するようにした走査型電子線装置において、前記試料に負の電圧を印加し、前記電極を前記負の電圧
よりも高い電位とすることにより前記試料から電子源側
の対物レンズ磁界空間に電子線照射により前記試料から
放出される二次電子の螺旋運動を抑えるための電界を生
じさせるようにしたことを特徴とする走査型電子線装
置。
【請求項９】前記電極に前記二次電子を通過させるた
めの電極孔が設けられており、これらの電極孔を通過し
た二次電子を前記光軸周囲にほぼ対称に設置された複数
の二次電子検出器により検出するようにした請求項８記
載の走査型電子線装置。
【請求項１０】前記電極に前記二次電子を通過させる
ための電極孔が設けられており、これらの電極孔を通過
した二次電子を反射板に入射させ、該反射板から生じた
電子を、前記光軸周囲に設置された複数の二次電子検出
器により検出するようにした請求項８記載の走査型電子
線装置。
【請求項１１】前記反射板が仕切板を有するようにした
請求項１０記載の走査型電子線装置
【請求項１２】前記複数の二次電子検出器からの各信
号に基づく演算によって前記試料の観察像を得るように
した請求項９、１０又は１１記載の走査型電子線装置。
【請求項１３】前記他方の電極が磁性体である請求項
８、９、１０、１１又は１２記載の走査型電子線装置。
【請求項１４】試料をレンズ磁界内に設置する方式の
対物レンズを用いた走査型電子線装置において、前記試料に負の電圧を印加し、前記試料に対向するアー
ス電位の磁極との間で、前記試料から電子源側の対物レ
ンズ磁場空間に電子線照射により前記試料から放出され
る二次電子の螺旋運動を抑えるための電界を生じさせる
ようにしたことを特徴とする走査型電子線装置。
【請求項１５】前記電子線照射により前記試料から生
じた二次電子が単磁極孔を通過後、光軸周囲に設置され
た複数の二次電子検出器により検出されるようにした請
求項１４記載の走査型電子線装置。
【請求項１６】前記電子線照射により前記試料から生
じた二次電子が単磁極孔を通過後、反射板に入射し、該
反射板から生じた電子が、前記光軸周囲に設置された複
数の二次電子検出器により検出されるようにした請求項
１４記載の走査型電子線装置。
【請求項１７】前記反射板が仕切板を有するようにし
た請求項１６記載の走査型電子線装置
【請求項１８】前記複数の二次電子検出器からの各信
号に基づく演算によって前記試料の観察像を得るように
した請求項１５、１６又は１７記載の走査型電子線装
置。
【請求項１９】前記二次電子検出器がＭＣＰであるこ
とを特徴とする請求項２記載の走査型電子線装置。
【請求項２０】前記反射板は円環プレートであり、円
環プレートより下側に前記円環プレートと同軸の防電筒
が設けられていることを特徴とする請求項３記載の走査
型電子線装置。
【請求項２１】前記円環プレート下側直径位置で、前
記防電筒を除く位置に、前記プレートの下方に突き出る
仕切り板が設けられていることを特徴とする請求項２０
記載の走査型電子線装置。